第二章 GIS数据结构作业
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2008 2010
栅格数据的优点 地理要素表达比较直观，直接记录空间实体的属性值，数据存储结构简 单，并容易实现多元数据的叠合操作等。 栅格数据的缺点 数据冗余度大，造成存储空间的浪费 像元大小的变化，对数据精度、长度、面积等的度量有较大影响 。 栅格结构的主要类型 完全栅格结构 游程编码结构 四叉树数据结构 块状编码和链式编码
1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 1 2 2 2 4 4 2 2 2 2 2 4 4 4 2 2 2 2 4 4 4 4 1 1 2 4 4 4 4 1 1 3 3 3 4 4 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
2008 2010
重要性法
根据栅格内不同地物的重要性，选取最主要的地物类型决定相应的栅格单元
代码。对于特别重要的地理实体，其所在的区域尽管面积很小或不在中心，
也采取保留的原则，如机场、稀有金属矿区域等。
机场D B D B A A C C A A C C C A
B A
C
B B B
重要性法
第三节 空间数据结构的类型
•确定n的值，使得大于或等于行、列数中的大者，取合乎要求的最小自然数n。 •建树时对补足部分生成的叶结点可不存储，这样存储量不会增加。
0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
1、栅格矩阵结构
最简单的一种栅格结构，栅格数据被看作为一个距阵，逐行或逐列记录 属性代码。 常用的方法是限制一个栅格只存储栅格的一种属性，并且把属性限制在 0—255的整数范围内（双字节对应一个像元）。
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
３、建立四叉树结构的方式 自上而下方式(top-down):常规四叉树
从顶层开始，即先检测全区域，其值不单调时再四划分，直到数值或内容单调为止。
自下而上方式(bottom-up):线性四叉树
从底层开始，即以像元大小为结点，每记录四个结点时，即生成父结点。
4、四叉树结构类型
根据四叉树存储结构的不同，可以将四叉树结构类型分为: 常规四叉树：自上而下方式 线性四叉树：自下而上方式
中心点法
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
栅格面积占优法
以占栅格最大的地物类型或现象特征决定栅格代码。
单位格网面积占优法
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
长度占优法
当覆盖的格网过中心部位时，横线占据该格中的大部分长度的属性值定 为该栅格的代码。
单位栅格长度占优法
第三节 空间数据结构的类型
A,A, A,A, A, A B, B B, B
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
栅格数据的精度 在栅格数据结构中，网格通常是正方形，有时也采用矩形、等边三角形 和六边形等，网格边长决定了栅格数据的精度。 合理的格网尺寸： 为研究区最小图班的1/2长。
1 H = — (min { Ai })1/2 2
成反比。
一般通过事先预测来估算数据的冗余度：
Q Re=1— —— m.n
式中：Q为图层内相邻属性值变化次数的累加和，m为图层网格的行数， n为图层网格的列数
当 Re > 1/5时，表明栅格数据的压缩可取得明显的效果。
压缩效果可由压缩比表示：
Ｓ＝m*n/K
式中：Ｋ为流程总数（图层内相邻属性值变化次数的累加和），m为图层网格的行数， n为图层
A A A A
A A B A
B B B A
B B B B
2、 四叉树的树形表示： 用一倒立树表示这种分割和分割结果 根（根节点）：整个区域 树叉（父结点）：还需分割的块 叶（叶节点）：不能再分割的块 高：深度、分几级，几次分割 每个树叉均有4个分叉，叫四叉树。
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
栅格矩阵结构特点 数据存储简单，数据无压缩，无损失。 数据存储量大，如果每个像元用二个字节表示，存储空间为： m(行) × n(列) × ２(字节)。
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
2
游程(行程、变长)编码结构
游程指相邻同值网格的数量，游程编码结构是逐行将相邻同值的 网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长度，其目的是压缩
栅格矩阵结构
1 1 1 2 2 2 1 1 1 3 1 1 1 2 2 2 2 1 1 3 3 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 1 2 2 2 4 4 4 4 3 3 3 1 2 2 2 4 4 4 4 3 3 3 1 2 2 2 2 4 4 4 4 3 3 1 1 1 1 2 2 4 4 4 3 3
游程编码的主要规则
(1,3), (2,4), (1,2), (3,2) (1,2), (2,6), (3,3) (1,1), (2,3), (4,4), (3,3) (1,1), (2,3), (4,4), (3,3) (1,1), (4,2), (4,4), (3,2) (1,4), (2,2), (4,3), (3,2)
2008 2010
手工网格法(透明网格)采集输入步骤
A 确定栅格单元大小
A C D B
B 准备栅格网
C 对栅格单元进行编码 D 读取栅格单元值
E 数据录入
A A AC C C C A A AC C C C A A B C C DC B B B B C DC B B B B C CC B B B B C CC B B B B C CC
多边形：由聚集在一起的相互连接的单元网格组成。
区域内部的网格值相同或差异较小，但与邻域网格的值差异较大。
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
空间实体表示示例
点实体 线实体 面实体
点实体
线实体
线实体 面实体
面实体
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
特点：属性明显，定位隐含。 获取方法： (1) 手工网格法； (2) 扫描数字化法； (3) 分类影像输入法； (4) 数据结构转换法。
0
0 1 1 0 0
0
1 1 1 0 0
0
0 0 0 0 0
0
0 0 0 0 0
1
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4
5
11
12 13
7
8
9
10
常规四叉树编码
2008 2010
从上例中可以看到：一幅2n × 2n栅格阵列的图用四叉树分割时，具有的最大深
度为N，即可分为0，1，2，…，n层。 如上图n=3，具有的最大深度为3。 从四叉树的分解过程看：被分解的图必须为2n × 2n 个栅格，对于不满足2n × 2n的图，在分解前需用0补足。如：５＊５；１０＊２０
* * * * * * * * * *
* * * *
* * Hale Waihona Puke Baidu * *
* * * *
* * * * *
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
栅格结构数据中混合像元的处理
方案一
B A O
面积占优 法
.
C
长度占优 法
中心点 法
百分比法
重要性 法
方案二：缩小栅格单元的面积
第三节 空间数据结构的类型
第2层
第3层
叶结点
（a）顺序分解表示 （b）常规四叉树形表示
上图所示，图(a)表示区域划分的过程；图(b)为该区域对应的常规四叉树
常规四叉树编码
2008 2010
叶结点编号
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0
0 1 1 1 1
0
0 1 1 1 1
0
0 1 1 1 1
0
0 1 1 1 1
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
二、栅格数据结构 栅格数据结构含义 栅格数据结构将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的
属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。
栅格结构中空间实体的表示
点：由一个单元网格表。
其数值与近邻网格值明显不同。
线段：由一串有序的相连单元网格表示，每个单元最多只有两个相邻单元。 各个网格的值比较一致，但与邻域的值差异较大。
写出下图的拓扑数据结构文件（Ｐ55图2-18）。
DIME：Dual lndependent Map Encoding，双重（对偶）独立地图编码。 链状DIME：是对DIME的一种改进。在DIME中，一条边只能用直线两端点的
序号及相邻的面域来表示，而在链状DIME中，将若干直线段合为一个弧段（或 链段），每个弧段可以有许多中间点。
1 1 1 1
2 2 2 1 2 2 2 1 3 1 1 1 1 1 1 1 8 8 1 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8
2 2 2 2 2 2 2
8 8 8 8 8 8
8 8 8 8 8 8 8
8 8 8 8 8 8 8
8 8 8 8 8 8 8
8 8 8 8 8
第三节 空间数据结构的类型
网格的列数。压缩比越大，表明压缩效果越显著。
３
四叉树编码
一种可变分率的非均匀网格系统。是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。 1、 基本思想：
将2n×2n象元组成的图像按四个象限进行递归分 割，判断属性是否单一：
单一：不分；不单一：递归分割。 最后得到一颗四分叉的倒向树。
NW 2 SW 0 NE 3 SE 1
常规四叉树编码
2008 2010
（1）常规四叉树及编码
第0层
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
根结点
0
0 1 1 1 1
0
0 1 1 1 1
0
0 1 1 1 1
0
0 1 1 1 1
0
0 1 1 0 0
0
1 1 1 0 0
0
0 0 0 0 0
0
0 0 0 0 0
第1层
父结点
8 a 1 b 2 c 3 d e 4 B n 9 j k A i C 10 m D l 12 6 g 11 7 h O
5
f
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
矢量数据结构的特点
用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含 用拓扑关系描述空间对象之间的关系 面向目标操作，精度高，数据冗余度小 与遥感等图象数据难以结合 输出图形质量号，精度高
行游程 累计数
游程 序号 001 002 003 004 … 024 025 026 027
编码值，长度 1，4 2，2 4，3 3，2
1
2 3 4 5 6 7
4
8 12 16 19 23 27
1，4 2，3 1，3 3，1
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
游程编码结构可以压缩图象存储空间，压缩效果与图幅的属性变化有关， 图幅属性的变化越小，行程越长，压缩比例越大，即压缩比与图的复杂程度
有相同属性值的邻近像元被合并在一起
称为一个游程，游程用一对数字表达； 每个游程对中的第一个值表示游程属性
游程编码
值(类别)，第二个值表示游程长度 。
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
游程编码存储(文件)方法 采用索引顺序文件的方法来组织数据。
栅格 行序号 (1,4), (2,3), (1,3), (3,1) (1,3), (2,4), (1,2), (3,2) (1,2), (2,6), (3,3) (1,1), (2,3), (4,4), (3,3) (1,1), (2,3), (4,4), (3,3) (1,1), (4,2), (4,4), (3,2) (1,4), (2,2), (4,3), (3,2)
1 1 1 2 2 2 2 1 1 3 3 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 1 2 2 2 4 4 4 4 3 3 3 1 2 2 2 4 4 4 4 3 3 3 1 2 2 2 2 4 4 4 1 1 1 1 2 2 4 4 4 3 4 3 3 3
1
1
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2
2
4
4
4
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3
(1,4), (2,3), (1,3), (3,1)
2008 2010
中心点法
用处于栅格中心处的地物类型或现象特性决定栅格代码。
˙˙˙˙˙˙ A ˙˙˙˙˙˙ ˙˙˙˙˙˙ C ˙˙˙˙˙˙ B ˙˙˙˙˙˙ ˙˙˙˙˙˙
A A A A B C
A A AC B B C
A A C C BC B
A C C C C C
C C C C C C
C C C C C C
栅格数据量，消除数据间的冗余。
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010 完 全 栅 格 编 码
1 1 1 1 2 2 2 1 1 1 3
1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 4 4 2 2 2 2 4 4 4 2 2 2 4 4 4 1 1 2 4 4 4 1 1 3 3 3 4 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
栅格数据的优点 地理要素表达比较直观，直接记录空间实体的属性值，数据存储结构简 单，并容易实现多元数据的叠合操作等。 栅格数据的缺点 数据冗余度大，造成存储空间的浪费 像元大小的变化，对数据精度、长度、面积等的度量有较大影响 。 栅格结构的主要类型 完全栅格结构 游程编码结构 四叉树数据结构 块状编码和链式编码
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2008 2010
重要性法
根据栅格内不同地物的重要性，选取最主要的地物类型决定相应的栅格单元
代码。对于特别重要的地理实体，其所在的区域尽管面积很小或不在中心，
也采取保留的原则，如机场、稀有金属矿区域等。
机场D B D B A A C C A A C C C A
B A
C
B B B
重要性法
第三节 空间数据结构的类型
•确定n的值，使得大于或等于行、列数中的大者，取合乎要求的最小自然数n。 •建树时对补足部分生成的叶结点可不存储，这样存储量不会增加。
0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
1、栅格矩阵结构
最简单的一种栅格结构，栅格数据被看作为一个距阵，逐行或逐列记录 属性代码。 常用的方法是限制一个栅格只存储栅格的一种属性，并且把属性限制在 0—255的整数范围内（双字节对应一个像元）。
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
３、建立四叉树结构的方式 自上而下方式(top-down):常规四叉树
从顶层开始，即先检测全区域，其值不单调时再四划分，直到数值或内容单调为止。
自下而上方式(bottom-up):线性四叉树
从底层开始，即以像元大小为结点，每记录四个结点时，即生成父结点。
4、四叉树结构类型
根据四叉树存储结构的不同，可以将四叉树结构类型分为: 常规四叉树：自上而下方式 线性四叉树：自下而上方式
中心点法
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
栅格面积占优法
以占栅格最大的地物类型或现象特征决定栅格代码。
单位格网面积占优法
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
长度占优法
当覆盖的格网过中心部位时，横线占据该格中的大部分长度的属性值定 为该栅格的代码。
单位栅格长度占优法
第三节 空间数据结构的类型
A,A, A,A, A, A B, B B, B
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
栅格数据的精度 在栅格数据结构中，网格通常是正方形，有时也采用矩形、等边三角形 和六边形等，网格边长决定了栅格数据的精度。 合理的格网尺寸： 为研究区最小图班的1/2长。
1 H = — (min { Ai })1/2 2
成反比。
一般通过事先预测来估算数据的冗余度：
Q Re=1— —— m.n
式中：Q为图层内相邻属性值变化次数的累加和，m为图层网格的行数， n为图层网格的列数
当 Re > 1/5时，表明栅格数据的压缩可取得明显的效果。
压缩效果可由压缩比表示：
Ｓ＝m*n/K
式中：Ｋ为流程总数（图层内相邻属性值变化次数的累加和），m为图层网格的行数， n为图层
A A A A
A A B A
B B B A
B B B B
2、 四叉树的树形表示： 用一倒立树表示这种分割和分割结果 根（根节点）：整个区域 树叉（父结点）：还需分割的块 叶（叶节点）：不能再分割的块 高：深度、分几级，几次分割 每个树叉均有4个分叉，叫四叉树。
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
栅格矩阵结构特点 数据存储简单，数据无压缩，无损失。 数据存储量大，如果每个像元用二个字节表示，存储空间为： m(行) × n(列) × ２(字节)。
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
2
游程(行程、变长)编码结构
游程指相邻同值网格的数量，游程编码结构是逐行将相邻同值的 网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长度，其目的是压缩
栅格矩阵结构
1 1 1 2 2 2 1 1 1 3 1 1 1 2 2 2 2 1 1 3 3 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 1 2 2 2 4 4 4 4 3 3 3 1 2 2 2 4 4 4 4 3 3 3 1 2 2 2 2 4 4 4 4 3 3 1 1 1 1 2 2 4 4 4 3 3
游程编码的主要规则
(1,3), (2,4), (1,2), (3,2) (1,2), (2,6), (3,3) (1,1), (2,3), (4,4), (3,3) (1,1), (2,3), (4,4), (3,3) (1,1), (4,2), (4,4), (3,2) (1,4), (2,2), (4,3), (3,2)
2008 2010
手工网格法(透明网格)采集输入步骤
A 确定栅格单元大小
A C D B
B 准备栅格网
C 对栅格单元进行编码 D 读取栅格单元值
E 数据录入
A A AC C C C A A AC C C C A A B C C DC B B B B C DC B B B B C CC B B B B C CC B B B B C CC
多边形：由聚集在一起的相互连接的单元网格组成。
区域内部的网格值相同或差异较小，但与邻域网格的值差异较大。
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
空间实体表示示例
点实体 线实体 面实体
点实体
线实体
线实体 面实体
面实体
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
特点：属性明显，定位隐含。 获取方法： (1) 手工网格法； (2) 扫描数字化法； (3) 分类影像输入法； (4) 数据结构转换法。
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常规四叉树编码
2008 2010
从上例中可以看到：一幅2n × 2n栅格阵列的图用四叉树分割时，具有的最大深
度为N，即可分为0，1，2，…，n层。 如上图n=3，具有的最大深度为3。 从四叉树的分解过程看：被分解的图必须为2n × 2n 个栅格，对于不满足2n × 2n的图，在分解前需用0补足。如：５＊５；１０＊２０
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* * Hale Waihona Puke Baidu * *
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第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
栅格结构数据中混合像元的处理
方案一
B A O
面积占优 法
.
C
长度占优 法
中心点 法
百分比法
重要性 法
方案二：缩小栅格单元的面积
第三节 空间数据结构的类型
第2层
第3层
叶结点
（a）顺序分解表示 （b）常规四叉树形表示
上图所示，图(a)表示区域划分的过程；图(b)为该区域对应的常规四叉树
常规四叉树编码
2008 2010
叶结点编号
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
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第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
二、栅格数据结构 栅格数据结构含义 栅格数据结构将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的
属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。
栅格结构中空间实体的表示
点：由一个单元网格表。
其数值与近邻网格值明显不同。
线段：由一串有序的相连单元网格表示，每个单元最多只有两个相邻单元。 各个网格的值比较一致，但与邻域的值差异较大。
写出下图的拓扑数据结构文件（Ｐ55图2-18）。
DIME：Dual lndependent Map Encoding，双重（对偶）独立地图编码。 链状DIME：是对DIME的一种改进。在DIME中，一条边只能用直线两端点的
序号及相邻的面域来表示，而在链状DIME中，将若干直线段合为一个弧段（或 链段），每个弧段可以有许多中间点。
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第三节 空间数据结构的类型
网格的列数。压缩比越大，表明压缩效果越显著。
３
四叉树编码
一种可变分率的非均匀网格系统。是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。 1、 基本思想：
将2n×2n象元组成的图像按四个象限进行递归分 割，判断属性是否单一：
单一：不分；不单一：递归分割。 最后得到一颗四分叉的倒向树。
NW 2 SW 0 NE 3 SE 1
常规四叉树编码
2008 2010
（1）常规四叉树及编码
第0层
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根结点
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第1层
父结点
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第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
矢量数据结构的特点
用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含 用拓扑关系描述空间对象之间的关系 面向目标操作，精度高，数据冗余度小 与遥感等图象数据难以结合 输出图形质量号，精度高
行游程 累计数
游程 序号 001 002 003 004 … 024 025 026 027
编码值，长度 1，4 2，2 4，3 3，2
1
2 3 4 5 6 7
4
8 12 16 19 23 27
1，4 2，3 1，3 3，1
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
游程编码结构可以压缩图象存储空间，压缩效果与图幅的属性变化有关， 图幅属性的变化越小，行程越长，压缩比例越大，即压缩比与图的复杂程度
有相同属性值的邻近像元被合并在一起
称为一个游程，游程用一对数字表达； 每个游程对中的第一个值表示游程属性
游程编码
值(类别)，第二个值表示游程长度 。
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010
游程编码存储(文件)方法 采用索引顺序文件的方法来组织数据。
栅格 行序号 (1,4), (2,3), (1,3), (3,1) (1,3), (2,4), (1,2), (3,2) (1,2), (2,6), (3,3) (1,1), (2,3), (4,4), (3,3) (1,1), (2,3), (4,4), (3,3) (1,1), (4,2), (4,4), (3,2) (1,4), (2,2), (4,3), (3,2)
1 1 1 2 2 2 2 1 1 3 3 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 1 2 2 2 4 4 4 4 3 3 3 1 2 2 2 4 4 4 4 3 3 3 1 2 2 2 2 4 4 4 1 1 1 1 2 2 4 4 4 3 4 3 3 3
1
1
1
1
2
2
4
4
4
3
3
(1,4), (2,3), (1,3), (3,1)
2008 2010
中心点法
用处于栅格中心处的地物类型或现象特性决定栅格代码。
˙˙˙˙˙˙ A ˙˙˙˙˙˙ ˙˙˙˙˙˙ C ˙˙˙˙˙˙ B ˙˙˙˙˙˙ ˙˙˙˙˙˙
A A A A B C
A A AC B B C
A A C C BC B
A C C C C C
C C C C C C
C C C C C C
栅格数据量，消除数据间的冗余。
第三节 空间数据结构的类型
2008 2010 完 全 栅 格 编 码
1 1 1 1 2 2 2 1 1 1 3
1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 4 4 2 2 2 2 4 4 4 2 2 2 4 4 4 1 1 2 4 4 4 1 1 3 3 3 4 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3